tissus porteurs de charge de compression tels que le cartilage articulaire ou les disques intervertébraux sont constitués de régions de tissus hétérogènes qui sont essentiels à la fois pour fonction biomécanique et mécano-transduction appropriée dans le tissu. Non seulement est l'organisation cellulaire et la fonction distincte dans différentes régions, mais les matrices extracellulaires (ECM) sont également variés dans la composition et de l'organisation. Par exemple, le cartilage articulaire est constituée de trois zones principales variant avec la morphologie cellulaire, la fonction mécanique, et l'ECM. Les différences dans leur ECM conduisent à une différence de charge portant des responsabilités; la couche superficielle est principalement impliquée dans la réponse à la traction à charger, tandis que les zones intermédiaires et profondes sont principalement responsables de la réponse à la compression 1. De même, dans le disque intervertébral, un noyau pulpeux de type gel est entourée par une fibrose lamellaire annulaire et les cellules dans ces deux domaines distincts ont présenté différents types de stimuli biophysiques2. Dans ces types de tissus, des cellules et des matrices extracellulaires au sein des couches de tissu interagissent les unes avec les autres que le tissu est soumis et réagit à des forces mécaniques.
Récapitulation de telles structures de tissus hétérogènes reste un défi dans l'ingénierie tissulaire et la médecine régénérative, et notre compréhension de leur signification biologique est limitée. Il existe un besoin pour cultiver des plates-formes d'analyse des tissus stratifiés, ainsi que des co-cultures de différentes populations de cellules au sein d'une construction. Dans le cartilage articulaire génie tissulaire, les constructions d'échafaudage moins couches ont été construits en exploitant la capacité des chondrocytes zonales pour déposer ECM varié pour imiter les différentes couches de ce tissu 3,4. Cependant, les constructions d'hydrogel en couches offrent une occasion pour étudier l'interaction de divers types de populations de cellules qui manquent de la capacité à former un tissu robuste indépendamment. Par exemple, pop différentepopu- des cellules souches mésenchymateuses peuvent être co-cultivés à l'intérieur des constructions en couches. Ces échafaudages stratifiés ont été utilisés avec les chondrocytes et la différenciation des cellules souches mésenchymateuses pour améliorer 5 l' ingénierie tissulaire. Non seulement les populations de cellules différentes peuvent être co-cultivées dans des couches d'hydrogel similaires, mais un seul type de cellule peuvent également être mises en culture dans des couches qui ont été manipulées pour faire varier la raideur ou le contenu biochimique pour obtenir des réponses différentes à partir de cellules 6,7.
De nombreux hydrogels différents biomatériaux ont été utilisés pour superposer des populations cellulaires pour l' ingénierie tissulaire du cartilage tels que ceux utilisant du polyethylene glycol ou des bases d'alcool vinylique poly 7-9. Toutefois, les hydrogels d'alginate sont l'une des plus simples biomatériaux à partir duquel créer des échafaudages en couches pour l'étude de populations de cellules hétérogènes en co-culture. Alors que hydrogels agarose sont également facilement formés, les hydrogels d'alginate ont l'avantage supplémentaire de permettre facile estolation de cellules provenant de la construction en 3-D pour l' analyse des cellules individuelles comme cela a été 10 précédemment décrit. Dans des études précédentes, les hydrogels d'alginate bi-couches ont été formées en feuilles minces et à partir de ces feuilles, les sections ont été tranchés (par exemple., En utilisant un poinçon de biopsie) pour des applications particulières telles que l' analyse du contenu biochimique ou des propriétés de cisaillement interfaciale 11,12. Un autre procédé pour former des feuilles minces à base d'alginate a été décrit en relation avec le potentiel de la stratification en plusieurs couches, mais nécessiterait la modification de l'hydrogel pour utilisation dans les essais mécaniques 13.
Ici, nous présentons une méthode pour créer des disques de manière reproductible d'hydrogel d'alginate bi-couches pour une utilisation dans des co-culture de différentes populations de cellules. Cette plate-forme de disque d'alginate possède plusieurs avantages. Principalement, la forme reproductible et de petite taille est propice à la stimulation mécanique des cellules embarquées sans nécessiter une biopsie puNCH ou toute autre altération physique de l'hydrogel pour de nombreuses applications. En outre, la viabilité cellulaire reste élevée pendant le processus de stratification, et après la formation de gel une séparation claire des deux populations de cellules dans le gel est visible sans zone de chevauchement initial.